传真通信简介

1.1.1       传真过程

传真通信，最早由英国物理学家Alexander Bain于1843年提出，1925年美国贝尔实验室研制出了第一台实用的传真机。从1972年电话网开放业务传真以来，传真通信得到迅速的发展。传真通信系统由发送方、接收方和传真线路组成，传统传真通信一般通过电话网进行传输。传真图像扫描信息从发送方经过编码、调制后送往传输线路，经过线路传送至接收方后，再进行解调、译码，最后将发送方的扫描图像还原。一个传真通信系统如图 2‑1所示^[2]。

 

图 2‑1 传真通信系统

Fig 2‑1 Facsimile communication system

对上图方框的功能说明如下：

1. 在传真发送命令下达后，电机带动进纸结构，由扫描器进行扫描，首先通过图像传感器如CIS，CCD等，将原稿逐行转换成连续的电信号。CIS是紧贴原稿表面进行接触式扫描的一种方式。它是通过CIS光源对原稿进行照射，然后将原稿反射后的光强度转换为不同的电信号，再由扫描组件的AD转换电路将电信号转换为数字信号。

2. 扫描的数字信号由于信息量非常大，不适合传输。为了减少信号中的冗余度，缩短传输时间，对报文信息进行压缩编码，目前编码方式有MH、MR和MMR。编码后形成传输的传真报文。

3. 传真报文经过调制解调器将基带数字信号调制到载频上，再送到传输线路。传输线路可能是电话网，也可能是卫星线路等。在接收方调制解调器将载频上所包含的基带信号解调还原。

4. 译码过程与编码过程相对应。译码后的报文利用记录电路和机构，恢复到记录纸上，还原为发送的图文信息。

1.1.2       T.30通信协议

T．30协议规定了在公用电话交换网上的传真传输过程。一个标准的传真分为5个阶段，分别是呼叫建立（阶段A）、识别和协商（阶段B）、报文传输（阶段C）、页后过程（阶段D）和呼叫释放（阶段E）^[3]。如图 2‑2所示。

 图 2‑2 T.30的五个阶段

Fig 2‑2 the five phases of T.30

       首先，两个调制解调器将建立一个电话连接；然后，以300bps速率的半双工同步连接交换HDLC的信息包，这两个调制解调器将实现一个带差错控制的“T.30会话”；第三，两个调制解调器交换自身能力，并协商成双方都能支持的能力参数，此时，发送方将按照协商的通信协议和速率发出一串高速载波脉冲，以验证电话线路的质量是否能支持这样的通信速率。如果不通过，则降速再次验证。如果通过了验证，两个调制解调器将切换到一个高速状态，以半双工方式一次一页的传输图像数据；第四，在每一页的结束处，调制解调器回到低速协议（通常是300bps），以协商下一页或协商重发上页；最后，当无更多页发送时，调制解调器释放连接。

1.1.3       传真的五个阶段

在传统上，一个传真的发送和接收分为五个阶段。这五个阶段构成完整的传真流程。

阶段A：呼叫建立

这个过程一般包括拨号和应答，形式可以是通过人工，也可以是通过自动拨号或自动应答。T.30协议规定了四种操作方法来完成这个阶段。在完成拨号后，调制解调器监听目标传真机的应答音或一个HDLC信息包的先导序列。如果发方不进行通话，直接转到传真模式，则发方modem会发出CNG的音频（一个1100Hz的音调），以通知应答传真机正在被一个传真机呼叫。这时，应答机的用户按下“开始”或自动进入传真模式，应答机modem将会发出CED的音频（一个2100Hz的音调），以表明自己准备接收传真。如果发方仍未听到所希望的信号，则发方释放线路；反之，发方监听到应答音或HDLC信息包，则呼叫建立完成，双方进入阶段B。

阶段B：识别和协商

在呼叫建立之后，发送方和接收方就进入协商阶段。基本的流程是这样：首先，接收方向发送方发送一个包含其性能参数的DIS信息包；当发送方收到DIS后，把接收方的性能参数与自身的性能参数进行比较，然后根据比较结果，发送方整理出双方都兼容的最优的性能参数集合，并放到DCS信息包中，发送给接收方。双方协商过程结束后，发送方采用DCS中规定的载波，发送一个1.5秒的零脉冲串（TCF）进行训练，在另外一端，接收方将收下这些脉冲，这些脉冲经过线路后可能会产生差错；接收方对这个脉冲结果进行评估，然后发送一个信息包给发送方，表示接受或拒绝。如果接收方接受这个训练，则发送一个“接收确认”

（CFR），这时双方进入阶段C，开始传输图像数据。反之，接受方发现训练结果不理想，有很多误码，则发送一个“训练失败”（FTT），这时收发双方都将重新进入DCS/TCF过程。接收方发送“训练失败”，意味着电话线质量不能支持所选的协议和速度，所以要求发送方改变速率重新协商。如果在线路支持的最低速度下，接收方仍然“不满意”，那么发送方将不再尝试，而断开连接。

阶段C：报文传输

双方协商完成后，即进入阶段C。这时收发双方以协商的速度传输图像数据。当发送完所有数据之后，发送方将发送RTC序列，表示报文结束，然后关闭高速载波，并开始阶段D。接收方负责按照协商的载波接收页数据并进行解码，当它检测到RTC序列后，也转入阶段D。

阶段D：页后过程

    在收发双方关闭页载波后，发送方立即发送一个HDLC信息包告诉收方，是否要进行第二页传输。这个HDLC信息包分为三种：

1. EOP（过程结束）：表示一页结束，没有后续页；

2. MPS（多页信号）：表示一页结束，还有相同规格的页要传输；

3. EOM（报文结束）：表示一页结束，还有不同规格的页要传输。

此时，接收方先判断刚才收到的页传真质量，如果传真质量可以接受，则给发方发送MCF（确认报文），双方继续；如果传真质量几乎不可接受，虽然不需要重发，但是需要重新进行训练，则发送RTP（积极性重训练）；如果传真质量完全不可接受，则必须重新训练，而且必须重发上页传真，接收方向发方发送RTN（消极性重训练）。

阶段E：呼叫释放

呼叫释放发生在过程最后的报文后信号之后，或在传真过程中发生未在指定的时限内收到对方的回应等过程中。线路被有序释放，首先发出“DCN”信息包，然后挂机。若呼叫释放在非正常的过程中，发送方将直接挂断线路。

1.1.4       HDLC信息包

所有传真控制过程的二进制码均使用HDLC帧结构^[3]。基本HDLC信息包由多个帧组成，每帧分为若干字段。这种结构提供帧标志、差错检验和证实正确收到信息了。如图 2‑3所示。

图 2‑3 HDLC信息帧

Fig 2‑3 HDLC frame structure

HDLC信息字段的长度是不定的。它包含用于两个传真终端之间控制的特定信息。它。HDLC信息字段由两部分组成，一部分为传真控制字段（FCF），另一部分为传真信息字段（FIF）。传真控制字段为特定的控制命令构成。在T.30中，共定义了如下信号：

       表 2‑1 FCF字段

Table 2‑1 FCF control field

类型	FCF	含义	方向
初始标识	DIS	标识被叫终端的标准能力	从被叫到主叫
	CSI	被叫用户标识
	NSF	标识非标准设备
命令对方发送	DTC	数字发送命令，对DIS信号所标明的标准能力做出的响应。	从希望作为接收机的主叫终端到有发送能力的被叫终端
	CIG	主叫用户标识
	NSC	非标准设备命令，对包含在NSF信号中的信息做出响应。
	PWD	该选用信号用于轮询方式的口令。
	SEP	选择轮询。后随的FIF信息指出轮询方式的子地址或特定文件号码
	PSA	被轮询的子地址。
	CIA	主叫用户互联网地址。
	ISP	互联网轮询地址。
命令对方接收	DCS	数字命令信号	从发送机到接收机
	TSI	发送用户标识
	NSS	非标准设备建立
	SUB	子地址
	SID	发送端标识
	TCF	训练检验
	CTC	继续纠错
	TSA	发送用户互联网地址
	IRA	互联网迂回地址
报文前响应信号	CFR	可以接收的证实	从接收机到发送机
	FTT	训练失败
	CTR	继续纠错响应
	CSA	被叫用户互联网地址
报文后命令	EOM	报文结束	从发送机到接收机
	MPS	多页信号
	EOP	过程结束
	PRI-EOM	过程中断---报文结束
	PRI-MPS	过程中断---多页信号
	PRI-EOP	过程中断---过程结束
	RR	准备好接收
报文后响应	MCF	报文证实	从接收机到发送机
	RTP	收报肯定及重新训练
	RTN	报文否定及重新训练
	PIP	收报肯定及过程中断
	PIN	收报否定及过程中断
	PPR	部分页请求
	ERR	重新传输结束响应
其他线路控制	DCN	切断连接	处理差错和控制线路的状态
	CRP	命令重复
	TNR	未准备好发送
	TR	准备好发送